Nachdem Digital Surf und Bruker, ein weltweit führendes Unternehmen für moderne Oberflächenmesstechnik, bereits 2016 den Beginn ihrer Partnerschaft bekanntgegeben haben, wurde jetzt die von beiden entwickelte, vollständig integrierte Analyselösung auf Basis der Mountains®-Plattform vorgestellt. Diese Lösung ermöglicht in der Präzisionsfertigung eine ganz neue Art der Qualitätskontrolle mit bisher unerreichtem Durchsatz. Samuel Lesko, Director of Technology and Applications bei Bruker, erklärt den Prozess und hebt die Vorteile für Anwender in der Branche hervor.
Herausforderungen in der modernen Fertigung
Die Fertigungsbranche hat sich in den letzten zehn Jahren schnell gewandelt. Das lag einerseits an erheblichen Herausforderungen bei der Beschaffung von Fertigungsressourcen, aber auch an den immer engeren Toleranzen bei Oberflächenbeschaffenheit und Abmessungen von 3D-Elementen.
Die strikten Vorgaben für die moderne Fertigung haben den Bedarf nach Messtechnik mit hoher Wiederholgenauigkeit befeuert. Solche Systeme sind heute aus den Produktionsstraßen nicht mehr wegzudenken. Häufig werden Teile per Roboter vom Fertigungswerkzeug an die Messtechnik übergeben, sodass ein komplett automatisierter Prozess ohne Qualitätsschwankungen durch menschliches Bedienpersonal die Folge ist.
Ebenso automatisch werden die Ergebnisse der Messtechnik an einen zentralen Server übertragen, der Trends und Abweichungen in der Produktion auswertet (Statistische Prozesskontrolle, Statistical Process Control = SPC). Diese Entwicklung wird vielfach als Industrie 4.0 bezeichnet, also eine hochautomatisierte und direkt mit der Oberflächenmesstechnik integrierte Fertigung.
Merkmale der Qualitätskontrolle
Präzisionsprodukte, die im modernen Fertigungsbetrieb hergestellt werden, sind zum Beispiel medizinische (Hüftgelenkpfannenprothese, künstliches Kniegelenk usw.) oder Autoteile (Einspritzdüsen, Zylinder usw.). Bei diesen Produkten spielen flächenhafte Textur und Rauheit, lokale Ebenheit sowie topografische Mängel oder Abweichungen der dreidimensionalen (3D) Merkmale eine entscheidende Rolle für die Einhaltung der Zertifizierungsanforderungen (Medizinprodukte) oder Effizienz-/Funktionsvorgaben (mechanische Teile).
Für die Industrie 4.0 ist Oberflächenmesstechnik erforderlich, die nicht nur misst, sondern auch automatisch Berichte mit dynamischen Bezeichnungen erzeugt und speichert, Ergebnisse mitsamt der Chargennummer bzw. Teilenummer in einer Datenbank protokolliert und moderne 3D-Datensatzverarbeitung nutzt, um exakt die benötigten Parameter zu erzielen.
Integration von automatisierter Messung und Softwareanalyse
Bruker und Digital Surf haben gemeinsam eine vollintegrierte Messsoftware entwickelt, die all diese Anforderungen erfüllt. Sie wertet mit einem optischen WLI-Profilometer (Weißlicht-Interferometrie) erfasste Daten auf Basis der Mountains®-Analysesoftware aus.
Robotergestützte Eingaben, darunter die Seriennummer eines Teils oder die Messbedingungen (Objektiv, Messmodus usw.) werden an die Messsoftware Vision64 von Bruker übermittelt. Die Ergebnisse, beispielsweise Durchmesserschwankungen oder eine Mängelklassifizierung, werden direkt aus der Analysesoftware Vision64 Map abgerufen (siehe Abbildung unten).
Die Messsoftware kommuniziert nahtlos und bidirektional mit den modernen Oberflächen- und Konturlösungen von Digital Surf. Da der Datenaustausch in beiden Richtungen möglich ist, können in der Messsoftware automatisch Berichte zu jedem gemessenen Teil gespeichert bzw. gedruckt werden. Außerdem können die Ergebnisse als CSV-Datei (durch Kommata getrennte Werte) an einen SPC-Server übermittelt werden.
Das optische WLI-Profilometer von Bruker ermöglicht hohe Durchsätze bei schnellen, großflächigen Topografiemessungen mit Subnanometerauflösung in der Vertikalen und Submikrometerauflösung in der Lateralen. In Verbindung mit den Vision64-Map-Funktionen für Partikelanalyse, Mängelklassifizierung und Konturen ergibt sich eine extrem leistungsstarke Analyselösung, die auf das Automatisierungsbedürfnis bei der Metrologie zugeschnitten ist.
Untersuchung einer Einspritzdüse
Ein Beispiel für den vollintegrierten Prozess ist die Analyse einer Einspritzdüse. Dabei müssen viele Aspekte kontrolliert werden, die alle gleich wichtig für die Qualität des Teils sind und die sich aus einer einzigen Messung ergeben.
Oben: Prüfbericht für eine Einspritzdüse mit Kratzern und Mulden auf der Oberfläche
Durchmesser und Rundheit mit Quantifizierung von Abweichungen werden automatisch mithilfe von modernen Konturwerkzeugen ausgewertet. Ebenheit und vertikale Problemstellen werden anhand von Parametertabelle und Partikelanalyse untersucht. Die Einstufung von Defekten in der oberen Fläche erfolgt mittels Klassifizierungswerkzeug. So werden Kratzer markiert, die mögliche Leckpfade darstellen können.
Abschließend wird der relative Versatz zwischen oberem und unterem Durchmesser automatisch mit dem erweiterten Konturwerkzeug berechnet.
Oben: Abweichung vom Solldurchmesser
Zusammenfassung
Die vollständige Integration des optischen WLI-Profilometers von Bruker mit den Analysen der Mountains®-Software ermöglicht eine fortschrittliche Qualitätskontrolle in modernen Fertigungsverfahren. Der Erfolg der Lösung beruht auf einer einzigartigen Kombination aus flexiblen und robusten Analysewerkzeugen, darunter für Partikelanalyse und Konturen, und einer schnellen Messtechnik. Zusammen ergibt sich daraus eine nachhaltig agile Antwort auf die Herausforderungen, die die Industrie 4.0 mit sich bringt.
Weitere Informationen
www.bruker.com/MetrologySolutions
